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关庆丰 本课程是一门材料分析方法课，主要介绍采用X射线衍射和电子显微镜来分析材料的微观组织结构与显微成分的方法。 它是材料、冶金等学科必修的公共技术基础课之一。 材料分析方法是一门重要的工具学科，掌握了这个工具，将会大大增强我们对客观物质世界的了解和认知能力，有力地推动科技向前发展。 美国航天史上最大的一次空难 — 2003年2月1日 哥伦比亚号航天飞机失事 是什么原因引起航天飞机爆炸？ “哥伦比亚”号航天飞机 航天飞机残骸的重组 残骸的清洗和评估、热分析以寻找航天飞机爆炸的起源； 利用XRD、SEM、EDS、EMPA等对各种材料的冶金分析，如Inconel（铬镍铁）合金、铝合金、不锈钢、C/C复合材料的X-射线衍射和断口形貌分析等； 对机翼上的传感器、摄像仪、录音机等记录的数据进行分析。 机翼前缘的分析 RCC面板8内表面观察到的沉积物 左机翼8号面板SEM/EDS，EMPA和XRD分析 高温等离子体流 材料分析技术在这次事故调查中的重要地位 总结材料学家的分析结果，调查小组最终得到结论认为：“哥伦比亚号”航天飞机在升空时从外储存的燃料箱左侧双脚架处，掉下的一块隔热泡沫砸到左翼碳／碳复合材料面板下半部附近，造成裂缝。当航天飞机返回再进入大气层过程中高温热离子流穿过此处，使机翼铝合金、铁基合金、钠基合金结构熔化，导致航天飞机失控、机翼破坏和机体爆炸解体。 “哥伦比亚号”航天飞机残骸材料分析的结果和肉眼判断以及飞行录音机记录的异常解释是一致的。而采用各种材料分析方法得到的科学分析数据是揭示造成这次“哥伦比亚”号航天飞机空难事故原因的关键所在。 当然材料分析技术不仅仅在航天航空领域得到重要运用，它也广泛应用在医药医疗、汽车造船、地质勘探、考古科学甚至在艺术品鉴定、珠宝鉴定方面也得到广泛的应用。 课程任务 本课程的任务就是从应用角度出发，掌握X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）及微区电子探针分析（EMPA）的基本原理，在实际工作中能正确地选用本课程中介绍的实验方法，学会立方晶系衍射花样和多相物质的相结构分析，掌握电子显微镜的样品制备方法和衬度机制，具备分析、研究金属材料微观形貌和结构的初步能力，并能与专门从事X射线与电子显微分析工作的人员共同制定试验方案与分析试验结果。 主要参考书 《材料分析测试技术－－材料X射线衍射与电子显微分析》 周玉、武高辉著，哈尔滨工业大学出版社 《金属X射线学》 范雄著，机械工业出版社 《金属电子显微分析》 陈世扑、王永瑞著，机械工业出版社 绪论 人类观测微观世界的历程 绪论 古人在微观世界面前的束手无策 绪论 Modern Analytical Instruments and Technology for Materials Modern Analytical Instruments and Technology for Materials 近代材料分析技guanqf@ujs.edu.cn 授课教师和授课专业最后自己再添上 课 程 性 质 人类社会的发展历程，是以材料为主要标志的。材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。 20 世纪70 年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80 年代，随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。无疑，现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。 为了查明真正原因，美国宇航局（NASA）支持组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组。 目的是对飞机残骸重新组装，提供实际数据进行分析，通过分析和再现的模拟试验来证实这次事故产生的原因 各种猜测（异物撞击说，机体老化腐蚀说，轮胎爆炸，…） 调查组主要从3个方面入手： X-Ray Diffraction X射线衍射 Scanning Electron Microscopy, 扫描电子显微镜术 Energy Dispersive Spectroscopy, 能散谱仪 Electron Microprobe Analysis, 微区电子探针分析 SEM断口形貌分析： 表现出脆性断裂特征 EDS分析表明： 表面这些沉积物是由大量金属Al和少量的Cu、Ti、Mn、Fe等组成的。 X光照相术 XRD分析表明隔热瓦上的沉积物主要是一种高温下形成的多铝红柱石（2Al2O3 + 1SiO2）矿渣。而形成这种矿渣的温度大概在1100～1300?C。 左机翼前缘8号RCC面板内侧发现大量熔化沉积物，5、6、7号面板的外侧表面上也发现大量沉积物，而在这些面板的内侧上很少观